JP2011091584A - Imaging device, imaging method and electronic equipment - Google Patents
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Abstract
【課題】多段露光において、理論的にかつ動的に露光量の比率を決定するのに好適な撮像装置、撮像方法及び電子機器を提供する。
【解決手段】撮像装置1を、撮像素子10と、メモリ11〜13と、画像合成部14と、制御部15と、画像解析部16と、操作部17とを含む構成とし、制御部15は、3種類の露光量L1〜L3(L1<L2<L3)における隣接する各2つの露光量の比率「L2/L1」と「L3/L2」とが均等(L2/L1=L3/L2)となる露光時間T1〜T3(T1<T2<T3)の比率情報「T1:T2:T3(T2/T1=T3/T2)」を決定し、撮像素子10は、制御部15で決定した前記露光時間の比率情報に基づき撮像処理を行うようにした。
【選択図】図1An imaging apparatus, an imaging method, and an electronic apparatus suitable for determining a ratio of exposure amount theoretically and dynamically in multistage exposure are provided.
An image pickup apparatus includes an image pickup element, memories, an image composition unit, a control unit, an image analysis unit, and an operation unit. The ratio “L2 / L1” and “L3 / L2” of two adjacent exposure amounts in the three types of exposure amounts L1 to L3 (L1 <L2 <L3) are equal (L2 / L1 = L3 / L2). The ratio information “T1: T2: T3 (T2 / T1 = T3 / T2)” of the exposure times T1 to T3 (T1 <T2 <T3) is determined, and the imaging device 10 determines the exposure time determined by the control unit 15. The imaging processing is performed based on the ratio information.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、露光量の異なる複数種類の撮像画像データを合成して、ダイナミックレンジを拡張した画像データを生成するのに好適な撮像装置、撮像方法及び電子機器等に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus, an imaging method, an electronic device, and the like suitable for generating image data with an expanded dynamic range by combining a plurality of types of captured image data having different exposure amounts.
従来、複数種類の露光量(露光時間)で同一被写体を撮像し、この撮像で得られた複数種類の露光量にそれぞれ対応した画素信号を合成して、ダイナミックレンジを拡張した画像データ(HDR画像データ)を生成する技術がある。かかる技術においては、合成画像における、各露光量に対応する画像部分と他の露光量に対応する画像部分との境界領域に発生するノイズ(偽色、疑似輪郭など)がしばしば問題となっていた。 Conventionally, image data (HDR image) in which the same subject is imaged with a plurality of types of exposure amounts (exposure times), and pixel signals corresponding to the plurality of types of exposure amounts obtained by the imaging are combined to expand the dynamic range. Data). In such a technique, noise (false color, pseudo contour, etc.) generated in a boundary region between an image portion corresponding to each exposure amount and an image portion corresponding to another exposure amount in the composite image is often a problem. .
例えば、露光量L1、L2、L3(L1<L2<L3)に対応する露光時間T1、T2、T3(T1<T2<T3)で同一被写体を撮像して、図8(a)〜(c)に示す光応答の画素信号S1、S2、S3が得られたとする。この場合に、図8(d)〜(f)に示すように、まず、最も露光時間の長いS3を基準として、画素信号S1、S2に係数「T3/T1」、「T3/T2」を乗算して正規化を行う。次に、正規化した「S1×T3/T1」及び「S2×T3/T2」と、「S3」とを線形合成する。これにより、図8(g)に示すように、ダイナミックレンジを拡張した(S/Nの良い)撮像画像信号が得られる。 For example, the same subject is imaged at exposure times T1, T2, and T3 (T1 <T2 <T3) corresponding to the exposure amounts L1, L2, and L3 (L1 <L2 <L3), and FIGS. It is assumed that the pixel signals S1, S2, and S3 having optical responses shown in FIG. In this case, as shown in FIGS. 8D to 8F, the pixel signals S1 and S2 are first multiplied by coefficients “T3 / T1” and “T3 / T2” with reference to S3 having the longest exposure time. And normalize. Next, the normalized “S1 × T3 / T1” and “S2 × T3 / T2” and “S3” are linearly synthesized. As a result, as shown in FIG. 8G, a captured image signal with an extended dynamic range (good S / N) is obtained.
しかし、撮像時に、オフセット変動などの外的要因により、設定した露光時間において、異なる光応答で画像が撮像されてしまう場合がある。このような場合に、係数値「T3/T1」、「T3/T2」が不適切な値となり、合成後の撮像画像信号の線形性が崩れる恐れがある。線形性が崩れると、図11に示す折れ線の接続部分において、偽色や疑似輪郭等の原因となるノイズが発生する。 However, at the time of image capturing, images may be captured with different optical responses during the set exposure time due to external factors such as offset fluctuations. In such a case, the coefficient values “T3 / T1” and “T3 / T2” become inappropriate values, and the linearity of the captured image signal after synthesis may be lost. When the linearity is lost, noise that causes a false color, a pseudo contour, or the like is generated at the connecting portion of the broken line shown in FIG.
このような問題を解決するために、特許文献1では、撮影された画像の正確な光応答傾きを求めている。また、特許文献2では、カメラのOB領域(オフセットレベル)を考慮して傾きが一致するように補正を行っている。また、特許文献3では、画像のヒストグラムを解析することで正確な露光量の比率を求めている。また、画像の特性を解析しない手法として、特許文献4では、合成画像の境界領域付近にローパスフィルターを掛けて不自然さを緩和している。
In order to solve such a problem,
ところで、画像の正確な露光量(露光比)がわかり、適切な係数を掛けて画像を合成した場合であっても、撮像時のT1:T2:T3の比率自体が不適切な場合、センサのS/N限界に起因するノイズ成分が、合成後の画像に発生する場合がある。
例えば、図8(d)〜(g)に示すように、撮像画像信号S1のノイズ領域(図中の波線部分)をS2が補完し、S2のノイズ領域をS3が補完する関係に各々の露光時間が設定されていれば上記問題は生じない。ところが、図12(d)〜(g)に示すように、T2の露光時間が若干短い場合は、S2のノイズ領域をS3で十分に補完できず、S2とS3との境界付近にノイズが発生してしまう。
By the way, even if the exact exposure amount (exposure ratio) of the image is known and the image is synthesized by multiplying an appropriate coefficient, if the ratio of T1: T2: T3 at the time of imaging is inappropriate, Noise components due to the S / N limit may occur in the combined image.
For example, as shown in FIGS. 8D to 8G, each exposure is performed in such a relationship that S2 complements the noise region (the wavy line portion in the figure) of the captured image signal S1 and S3 complements the noise region of S2. If the time is set, the above problem does not occur. However, as shown in FIGS. 12D to 12G, when the exposure time of T2 is slightly short, the noise region of S2 cannot be sufficiently supplemented by S3, and noise is generated near the boundary between S2 and S3. Resulting in.
しかしながら、上記特許文献1〜4を含む従来技術において、3段以上の多段露光の最適化に対して、理論的にかつ動的に露光量の比率を決定する方法が存在しなかった。
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものである。本発明の幾つかの態様によれば、多段露光において、理論的にかつ動的に露光量の比率を決定するのに好適な撮像装置、撮像方法及び電子機器を提供できる。
However, in the prior art including the above-mentioned
Therefore, the present invention has been made paying attention to such unsolved problems of the conventional technology. According to some aspects of the present invention, it is possible to provide an imaging apparatus, an imaging method, and an electronic apparatus that are suitable for theoretically and dynamically determining a ratio of exposure amounts in multistage exposure.
〔形態1〕 上記目的を達成するために、形態1の撮像装置は、
昇順又は降順で隣接する各2つの露光量の比率が均等となる3種類以上の露光量で被写体を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段で撮像して得られた前記3種類以上の露光量の各露光量に対応する画素信号を前記比率に基づき合成する合成手段と、を備える。
このような構成であれば、撮像手段によって、昇順又は降順で隣接する各2つの露光量の比率が均等となる3種類以上の露光量で被写体が撮像される。3種類以上の露光量で被写体が撮像されると、合成手段によって、前記3種類以上の露光量の各露光量に対応する画素信号が前記比率に基づき合成される。
[Mode 1] In order to achieve the above object, an imaging apparatus according to
Imaging means for imaging a subject with three or more types of exposure amounts in which the ratio of each two adjacent exposure amounts in ascending or descending order is equal;
Synthesizing means for synthesizing pixel signals corresponding to the exposure amounts of the three or more types of exposure amounts obtained by imaging by the imaging means based on the ratio.
With such a configuration, the subject is imaged by the imaging unit with three or more types of exposure amounts in which the ratio of the two adjacent exposure amounts in ascending order or descending order is equal. When the subject is imaged with three or more types of exposure amounts, pixel signals corresponding to the exposure amounts of the three or more types of exposure amounts are combined based on the ratio by the combining unit.
具体的に、例えば、3種類の露光量L1、L2、L3(L1<L2<L3)で被写体を撮像した場合に、このように昇順で隣接する各2つの露光量の比率は、「L2/L1」、「L3/L2」と表すことができる。これらが均等になるとは、「L2/L1=L3/L2」となることである。この関係を満たすためには、撮像手段の機能に応じて、例えば、アイリス(レンズの絞り)、撮像感度、露光時間などを調整することになる。例えば、露光時間を調整する場合は、露光量と露光時間との関係が線形であれば、隣接する各2つの露光量の比率は、露光時間の比率で表現することもできる。つまり、「T2/T1」、「T3/T2」と表すことができる。 Specifically, for example, when a subject is imaged with three types of exposure amounts L1, L2, and L3 (L1 <L2 <L3), the ratio of each two adjacent exposure amounts in ascending order is “L2 / L1 ”and“ L3 / L2 ”. That they are equal is that “L2 / L1 = L3 / L2”. In order to satisfy this relationship, for example, iris (lens diaphragm), imaging sensitivity, exposure time, and the like are adjusted according to the function of the imaging means. For example, when adjusting the exposure time, if the relationship between the exposure amount and the exposure time is linear, the ratio between the two adjacent exposure amounts can be expressed by the ratio of the exposure time. That is, it can be expressed as “T2 / T1” and “T3 / T2”.
そして、これら露光量の比率を均等にすると、入射光量(対数)に対する撮像手段の光応答(出力画素信号レベル)を等間隔に並ばせることができる。これにより、合成する画像同士の露光量比が常に一定となるため、合成後の画像において、暗部から明部に渡って明るさの変化が均等となり、ノイズの発生が少ない画像を得ることができるという効果が得られる。
ここで、上記均等とは、完全な均等だけでなく、本形態の効果を発揮できる範囲のズレであれば均等の範囲内とする。なお、このことは、以下の他の形態においても同様である。
If the ratio of these exposure amounts is made uniform, the optical response (output pixel signal level) of the imaging means with respect to the incident light amount (logarithm) can be arranged at equal intervals. Thereby, since the exposure amount ratio between the images to be combined is always constant, in the image after combining, the change in brightness from the dark part to the bright part is uniform, and an image with less noise can be obtained. The effect is obtained.
Here, the above-mentioned equality is not limited to complete equality, but is within an equal range as long as it is within a range in which the effect of the present embodiment can be exhibited. This also applies to the following other forms.
〔形態2〕 更に、形態2の撮像装置は、形態1の撮像装置において、
前記3種類以上の露光量を、L1、L2、・・・、Ln(nは3以上の自然数且つL1<L2<・・・<Ln)とし、
前記撮像手段は、隣接する各2つの露光量の比率「L2/L1、・・・、Ln/L(n−1)」が均等(L2/L1=・・・=Ln/L(n−1))となる露光時間T1、T2、・・・、Tn(T1<T2・・・<Tn)で前記被写体を撮像する。
[Mode 2] Furthermore, the imaging apparatus of
The three or more types of exposure amounts are L1, L2,..., Ln (n is a natural number of 3 or more and L1 <L2 <... <Ln),
In the image pickup means, the ratios “L2 / L1,..., Ln / L (n−1)” of two adjacent exposure amounts are equal (L2 / L1 =... = Ln / L (n−1). The subject is imaged at exposure times T1, T2,..., Tn (T1 <T2... <Tn).
このような構成であれば、撮像手段の機能に応じて、例えば、アイリス(レンズの絞り)、撮像感度、露光時間などを制御して、露光量の比率「L2/L1、・・・、Ln/L(n−1)」を、均等(L2/L1=・・・=Ln/L(n−1))にすることができる。
これにより、合成する画像同士の露光量比を常に一定とすることができ、合成後の画像において、暗部から明部に渡って明るさの変化が均等となり、ノイズの発生が少ない画像を得ることができるという効果が得られる。
With such a configuration, the ratio of exposure amounts “L2 / L1,..., Ln is controlled by controlling, for example, iris (lens diaphragm), imaging sensitivity, exposure time, and the like according to the function of the imaging unit. / L (n-1) "can be made equal (L2 / L1 = ... = Ln / L (n-1)).
As a result, the exposure amount ratio between the images to be combined can be made constant at all times, and in the combined image, the change in brightness from the dark part to the bright part becomes uniform, and an image with less noise is obtained. The effect of being able to be obtained.
〔形態3〕 更に、形態3の撮像装置は、形態1又は2の撮像装置において、
前記3種類以上の露光量を決定する複数種類の露光量の決定方法のうちから、いずれか1つの決定方法を選択する選択手段と、
前記選択手段で選択された決定方法に基づき、前記3種類以上の露光量を決定する露光量決定手段と、を備え、
前記撮像手段は、前記露光量決定手段で決定された3種類以上の露光量で被写体を撮像する。
[Mode 3] Furthermore, the imaging device of
Selecting means for selecting any one of the plurality of types of exposure amount determination methods for determining the three or more types of exposure amounts;
Exposure amount determination means for determining the three or more types of exposure amounts based on the determination method selected by the selection means,
The imaging unit images the subject with three or more types of exposure amounts determined by the exposure amount determination unit.
このような構成であれば、選択手段において、複数種類の露光量の決定方法のうちから、いずれか1つの決定方法が選択される。そして、決定方法が選択されると、露光量決定手段において、選択された決定方法を用いて、昇順又は降順で隣接する各2つの露光量の比率が均等となる3種類以上の露光量が決定される。前記3種類以上の露光量が決定されると、撮像手段は、決定された露光量で被写体を撮像する。
従って、ユーザーは、例えば、画質を優先させた決定方法、レンジを優先させた決定方法などの複数種類ある決定方法のうちから、任意の1つを選択することができる。そして、選択した決定方法で決定された3種類以上の露光量で被写体を撮像させることができる。
If it is such a structure, in a selection means, any one determination method will be selected from the determination methods of multiple types of exposure amount. Then, when the determination method is selected, the exposure amount determination means uses the selected determination method to determine three or more types of exposure amounts in which the ratio of each two adjacent exposure amounts in ascending or descending order is equal. Is done. When the three or more types of exposure amounts are determined, the imaging unit images the subject with the determined exposure amounts.
Therefore, the user can select any one of a plurality of types of determination methods such as a determination method that prioritizes image quality and a determination method that prioritizes range. Then, the subject can be imaged with three or more types of exposure amounts determined by the selected determination method.
〔形態4〕 更に、形態4の撮像装置は、形態3の撮像装置において、
前記決定方法は、前記3種類以上の露光量のうち最大露光量と最小露光量とを設定し、当該設定された最大露光量及び最小露光量に基づき前記隣接する各2つの露光量の比率が均等となる中間の露光量を算出して前記3種類以上の露光量を決定する方法を含む。
このような構成であれば、例えば、ダイナミックレンジなどに基づき、露光量の最大値と最小値とを設定することで中間露光量を算出し、昇順又は降順で隣接する各2つの露光量の比率が均等となる3種類以上の露光量を決定することができる。
つまり、撮像装置の実現可能なダイナミックレンジの範囲内において、任意のレンジ(所望の最大値及び最小値)を設定することができる。これにより、設定した最小値及び最大値によって決まるレンジ幅において、昇順又は降順で隣接する各2つの露光量の比率が均等となる3種類以上の露光量を自動で決定させることができる。
[Mode 4] Furthermore, the imaging device of mode 4 is the imaging device of
The determination method sets a maximum exposure amount and a minimum exposure amount among the three or more types of exposure amounts, and a ratio of each of the two adjacent exposure amounts is based on the set maximum exposure amount and minimum exposure amount. Including a method of calculating an equal intermediate exposure amount and determining the three or more types of exposure amounts.
In such a configuration, for example, the intermediate exposure amount is calculated by setting the maximum value and the minimum value of the exposure amount based on the dynamic range, and the ratio of each two adjacent exposure amounts in ascending order or descending order. It is possible to determine three or more types of exposure amounts at which are equal.
That is, an arbitrary range (desired maximum value and minimum value) can be set within a dynamic range that can be realized by the imaging apparatus. Thereby, in the range determined by the set minimum and maximum values, it is possible to automatically determine at least three types of exposure amounts in which the ratio of each two adjacent exposure amounts in ascending order or descending order is equal.
〔形態5〕 更に、形態5の撮像装置は、形態1又は2の撮像装置において、
前記3種類以上の露光量のうち最大露光量と最小露光量とを設定する露光量設定手段と、
前記露光量設定手段で設定された最大露光量及び最小露光量に基づき前記隣接する各2つの露光量の比率が均等となる中間の露光量を算出して前記3種類以上の露光量を決定する露光量決定手段と、を備える。
[Embodiment 5] Furthermore, the imaging device of Embodiment 5 is the imaging device of
Exposure amount setting means for setting a maximum exposure amount and a minimum exposure amount among the three or more types of exposure amounts;
Based on the maximum exposure amount and the minimum exposure amount set by the exposure amount setting means, an intermediate exposure amount in which the ratio between the two adjacent exposure amounts is equal is calculated to determine the three or more types of exposure amounts. Exposure amount determining means.
このような構成であれば、露光量設定手段によって、露光量の最大値と最小値とが設定されると、露光量決定手段において、昇順又は降順で隣接する各2つの露光量の比率が均等となる3種類以上の露光量が決定される。
つまり、撮像装置の実現可能なダイナミックレンジの範囲内において、任意のレンジ(所望の最大値及び最小値)を設定することができる。これにより、設定した最小値及び最大値によって決まるレンジにおいて、昇順又は降順で隣接する各2つの露光量の比率が均等となる3種類以上の露光量を自動で決定させることができる。
In such a configuration, when the maximum and minimum exposure values are set by the exposure amount setting means, the ratio of each two adjacent exposure amounts in ascending or descending order is equal in the exposure amount determining means. Three or more types of exposure amounts are determined.
That is, an arbitrary range (desired maximum value and minimum value) can be set within a dynamic range that can be realized by the imaging apparatus. As a result, in the range determined by the set minimum and maximum values, it is possible to automatically determine three or more types of exposure amounts in which the ratio of each two adjacent exposure amounts in ascending order or descending order is equal.
〔形態6〕 更に、形態6の撮像装置は、形態4又は5の撮像装置において、
3種類の露光量L1、L2及びL3(L1<L2<L3)で被写体を撮像する場合に、
前記露光量決定手段は、下式(1)に従って、前記中間の露光量である露光量L2を算出する。
L2=L1×(L3/L1)1/2 ・・・(1)
このような構成であれば、所望の最小値及び最大値を設定することで、上式(1)によって、簡易に、昇順又は降順で隣接する各2つの露光量の比率が均等となる中間の露光量を算出することができる。
[Mode 6] Furthermore, the imaging device of mode 6 is the imaging device of mode 4 or 5,
When imaging a subject with three types of exposure amounts L1, L2 and L3 (L1 <L2 <L3),
The exposure amount determining means calculates an exposure amount L2 that is the intermediate exposure amount according to the following equation (1).
L2 = L1 × (L3 / L1) 1/2 (1)
In such a configuration, by setting a desired minimum value and maximum value, an intermediate ratio in which the ratio of each two adjacent exposure amounts in the ascending order or descending order is simply equalized by the above formula (1). The exposure amount can be calculated.
〔形態7〕 更に、形態7の撮像装置は、形態1乃至6のいずれか1の撮像装置において、
撮像環境の明るさに係る情報に基づき、前記隣接する各2つの露光量の比率を均等に保ったまま、前記3種類以上の露光量が前記撮像環境の明るさに適した露光量となるように前記撮像手段の露光量に係る制御量を調整する露光量調整手段を備える。
このような構成であれば、露光量調整手段によって、撮像環境の明るさに係る情報に応じて、前記隣接する各2つの露光量の比率を互いに均等に保ったまま、前記3種類以上の露光量を撮像環境の明るさに適した露光量に調整することができる。
[Mode 7] Furthermore, the imaging device of mode 7 is the imaging device of any one of
Based on the information related to the brightness of the imaging environment, the three or more types of exposure amounts are suitable for the brightness of the imaging environment while maintaining a uniform ratio of the two adjacent exposure amounts. Exposure amount adjusting means for adjusting a control amount related to the exposure amount of the imaging means.
With such a configuration, the three or more types of exposures can be performed by the exposure amount adjusting means while keeping the ratio of the two adjacent exposure amounts equal to each other according to the information related to the brightness of the imaging environment. The amount can be adjusted to an exposure amount suitable for the brightness of the imaging environment.
これによって、明るい環境や、暗い環境などに応じて、上記比率を均等に保ちながら露光量を撮像環境の明るさに適した露光量に調整することができる。従って、合成後の画像において、暗部から明部に渡って明るさの変化が均等となり、ノイズの発生が少ない画像を得ることができるという効果を維持したまま、撮像環境に対して、より適合する露光量を設定することができるという効果が得られる。
ここで、撮像手段の露光量に係る制御量とは、例えば、アイリス(レンズの絞り)、撮像感度、露光時間などの制御量が該当する。
Thus, the exposure amount can be adjusted to an exposure amount suitable for the brightness of the imaging environment while keeping the above ratio uniform according to a bright environment, a dark environment, or the like. Therefore, in the synthesized image, the change in brightness from the dark part to the bright part is equalized, and the image can be obtained with less noise, and more suitable for the imaging environment. The effect that the exposure amount can be set is obtained.
Here, the control amount related to the exposure amount of the imaging means corresponds to, for example, control amounts such as iris (lens diaphragm), imaging sensitivity, and exposure time.
〔形態8〕 一方、上記目的を達成するために、形態8の撮像方法は、
昇順又は降順で隣接する各2つの露光量の比率が均等となる3種類以上の露光量で被写体を撮像する撮像ステップと、
前記撮像ステップで撮像して得られた前記3種類以上の露光量の各露光量に対応する画素信号を前記比率に基づき合成する合成ステップと、を含む。
このような構成であれば、形態1に記載の撮像装置と同等の作用及び効果を得ることができる。
[Mode 8] On the other hand, in order to achieve the above object, the imaging method of mode 8
An imaging step of imaging the subject with three or more types of exposure amounts in which the ratio of each two adjacent exposure amounts in ascending or descending order is equal;
And a synthesis step of synthesizing pixel signals corresponding to the exposure amounts of the three or more types of exposure amounts obtained by imaging in the imaging step based on the ratio.
With such a configuration, it is possible to obtain operations and effects equivalent to those of the imaging device described in
〔形態9〕 また、上記目的を達成するために、形態9の電子機器は、
形態1乃至7のいずれか1に記載の撮像装置を備える。
このような構成であれば、形態1乃至7のいずれか1に記載の撮像装置と同等の作用及び効果が得られる。
[Embodiment 9] In order to achieve the above object, an electronic apparatus of embodiment 9
The imaging apparatus according to any one of
With such a configuration, operations and effects equivalent to those of the imaging device according to any one of
〔第1実施形態〕
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づき説明する。図1〜図9は、本発明に係る撮像装置、撮像方法及び電子機器の第1実施形態を示す図である。
まず、本発明に係る撮像装置の構成を図1に基づき説明する。図1(a)は、本発明に係る撮像装置1の構成を示すブロック図であり、(b)は、撮像素子10の構成を示す模式図であり、(c)は、画像合成部14の構成を示すブロック図である。
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 9 are diagrams illustrating a first embodiment of an imaging apparatus, an imaging method, and an electronic device according to the present invention.
First, the configuration of the imaging apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a block diagram showing the configuration of the
撮像装置1は、図1(a)に示すように、撮像素子10と、メモリ11〜13と、画像合成部14と、制御部15と、画像解析部16と、操作部17とを含んで構成される。
撮像素子10は、3種類以上の露光量で被写体を撮像する機能を有し、図1(b)に示すように、レンズ10aと、マイクロレンズ10bと、カラーフィルタアレイ10cと、HDRセンサ10dとを含んで構成される。
As illustrated in FIG. 1A, the
The
以下、説明の便宜上、撮像素子10は、3種類の露光量L1、L2、L3(L1<L2<L3)に対応する露光時間T1、T2、T3(T1<T2<T3)で撮像を行うものとして構成を説明をする。もちろん、露光量は3種類に限らず、4種類以上であってもよい。
レンズ10aは、被写体からの反射光を集光して、マイクロレンズへと導くものである。なお、撮像条件などに応じて、単焦点レンズ、ズームレンズ、オートアイリスレンズなどの種類がある。
Hereinafter, for convenience of explanation, the
The
マイクロレンズ10bは、レンズを透過した光をHDRセンサの有するセンサセルアレイの各センサセル(画素)に集光するものである。
カラーフィルタアレイ10cは、マイクロレンズ10bを透過した光から所定の1種類の色要素に対応する波長の光を分離して該分離した光を対応する各画素に入射するカラーフィルター部(以下、CF部と称す)を少なくとも画素数分含んで構成されるものである。
The
The
HDRセンサ10dは、電子シャッタ方式によって露光時間T1〜T3を制御して露光量の異なる3種類のデジタルの画像データを出力するものである。
メモリ11〜13は、撮像素子10において、異なる複数の露光時間T1〜T3で被写体を撮像して得られた3種類の露光量L1〜L3に対応する画像データを一時記憶し、同期をとって画像合成部14に出力するバッファとしての役割を果たすものである。
The
The memories 11 to 13 temporarily store the image data corresponding to the three types of exposure amounts L1 to L3 obtained by imaging the subject with a plurality of different exposure times T1 to T3 in the
画像合成部14は、図1(b)に示すように、HDR信号処理部14aと、フレームメモリ14bとを含んで構成される。
HDR信号処理部14aは、図示しないが、プリプロセス部と、合成処理部と、メモリインターフェース(以下、メモリIFと称す)とを含んで構成される。
プリプロセス部は、メモリ11〜13からの画素信号(デジタルの画素データS1〜S3)に対して、固定パターンノイズの除去処理、クランプ処理などを行う。
As shown in FIG. 1B, the
Although not shown, the HDR
The preprocessing unit performs fixed pattern noise removal processing, clamping processing, and the like on the pixel signals (digital pixel data S1 to S3) from the memories 11 to 13.
合成処理部は、メモリ11〜13からの画像データ及び制御部15からの露光比情報に基づき、HDR合成処理を行う。そして、HDR合成処理後の画像データをHDR画像データとして、メモリIFを介してフレームメモリに格納する。
メモリIFは、フレームメモリ14bに対するデータの書き込み及びデータの読み出しを調停する機能を有している。具体的に、プリプロセス部、合成処理部からの、データの読出要求及び書込要求に応じて、正常に読み書きが行われるように、これらの調停を行う。そして、各構成部からの要求に応じた、フレームメモリ14bからのデータの読み出し、及びフレームメモリ14bへのデータの書き込み処理を実行する。
The composition processing unit performs HDR composition processing based on the image data from the memories 11 to 13 and the exposure ratio information from the
The memory IF has a function of arbitrating data writing to and data reading from the
フレームメモリ14bは、HDR信号処理部14aにおいて合成後のHDR画像データを記憶するメモリである。
制御部15は、操作部17からの入力情報に基づき露光比情報を生成する機能と、画像解析部16から取得した統計情報に基づき現在の露光比を適切なものに調整する機能と、生成した露光比情報を画像合成部14に出力する機能とを有するものである。
The
The
更に、制御部15は、調整後の露光比に対応する露光比情報又は新規に生成した露光比情報に基づき露光量信号を生成し、生成した露光量信号及び各種制御信号を撮像素子10に送信する機能も有している。ここで、各種制御信号は、垂直同期信号、水平同期信号、ピクセルクロックなどを含む。
具体的に、本実施形態の撮像素子10は、制御部15から出力される露光量信号に応じた3種類の露光量L1〜L3に対応する露光時間T1〜T3で同一被写体を撮像する。
Further, the
Specifically, the
そして、本実施形態において、制御部15は、昇順に並ぶ露光量L1、L2、L3における隣接する各2つの露光量の比率「L2/L1」、「L3/L2」が均等(L2/L1=L3/L2)となるように露光量L1〜L3に対応する露光時間T1〜T3を設定するようになっている。
また、本実施形態では、制御部15は、撮像環境の明るさに応じて露光量比を最適な比となるように調整するようになっている。そのために、制御部15は、画像解析部16から得たHDR画像データの輝度平均値Lavと、予め用意された高輝度側の閾値Lthと、低輝度側の閾値Ltlとをそれぞれ比較する。
In this embodiment, the
In the present embodiment, the
制御部15は、この比較結果によって、平均輝度値LavがLthより大きければ、撮像環境が比較的明るいと判断し、LavがLtlより小さければ、撮像環境が比較的暗いと判断する。更に、この判断結果に基づき、現在設定されている露光時間T1〜T3を、露光量の比率を均等とする状態を保ったままで増減することで、撮像環境の明るさに対して最適な露光量比となるように調整を行う。
Based on the comparison result, the
画像解析部16は、画像合成部14で生成されたHDR画像データに基づき、撮像環境の明るさに係る統計情報を算出し、算出した統計情報を制御部15に出力する機能を有している。具体的に、画像解析部16は、複数フレームの連続撮像において、画像合成部14から得たHDR画像データ(少なくとも最初のフレーム分を含む)を統計的に解析する。本実施形態では、撮像環境の明るさに係る情報を得るために、統計情報として、HDR画像データの輝度平均値Lavを算出する。そして、算出したLavを、制御部15に出力する。
操作部17は、撮像時、撮像画像の閲覧時、複数種類の撮像モードのうち任意のモードを選択時などにユーザによって操作されるもので、ユーザの操作内容に応じた情報を制御部15に出力する機能を有している。
The
The
次に、図2に基づき、撮像素子10のHDRセンサ10dの構成を説明する。ここで、図2は、HDRセンサの構成を示すブロック図である。
HDRセンサ10dは、図2に示すように、基準タイミング発生器50と、走査ラインスキャナ54と、センサセルアレイ56と、水平転送部58とを含んで構成される。
基準タイミング発生器50は、制御部15からの垂直同期信号及び水平同期信号に基づき、基準タイミング信号を発生し、これを走査ラインスキャナ54に出力する。
Next, the configuration of the
As shown in FIG. 2, the
The
走査ラインスキャナ54は、基準タイミング発生器50及び制御部15からの各種信号に基づき、リセット処理を行うラインを有効にするリセットライン選択信号を生成する。そして、該生成したリセットライン選択信号をセンサセルアレイ56に出力する。
更に、走査ラインスキャナ54は、リセット後で且つ設定された露光時間の電荷の蓄積が行われたラインを画素信号の読出ラインとして有効にする読出しライン選択信号を生成する。そして、該生成した読出ライン選択信号をセンサセルアレイ56に出力する。
センサセルアレイ56は、CMOS技術を用いて構成された、受光素子(フォトダイオードなど)を含む複数のセンサセル(画素)が2次元マトリクス状に配設された構成の受光領域を備え、各画素のラインに対して、アドレス線、リセット線及び読出し線が共通に接続された構成を有している。
The
Further, the
The
そして、前記3つの制御線を介して各種駆動信号(選択信号)が各ラインを構成するセンサセルに送信され、アドレス線及び読出し線が有効になると、信号線を介して蓄積電荷(画素信号)を水平転送部58に転送(出力)する。
このような構成によって、センサセルアレイ56は、走査ラインスキャナ54から供給される選択信号に基づき、アドレス線により、リセット動作又は読出し動作を行わせる画素のラインを有効に(選択)する。そして、当該選択信号で選択したラインの各画素に対して、リセット動作を行わせる場合はリセット線を介してリセット動作を指示する信号を入力し、画素信号の読出しを行わせる場合は、読出し線を介して蓄積電荷の転送を指示する信号を入力する。更に、選択信号によって選択された各画素おいては、リセット動作を指示する信号が入力されたときはリセット動作が行われ、蓄積電荷の転送を指示する信号が入力されたときは、信号線を介して水平転送部58への蓄積電荷の転送が行われる。
水平転送部58は、センサセルアレイ56の各画素から読み出された画素信号(アナログ信号)のデータをA/D変換して、ライン単位にメモリ11〜13へとシリアルで順次出力する。
Then, various drive signals (selection signals) are transmitted to the sensor cells constituting each line through the three control lines, and when the address line and the readout line become valid, the accumulated charge (pixel signal) is transmitted through the signal line. Transfer (output) to the
With such a configuration, the
The
次に、図3に基づき、走査ラインスキャナ54の内部構成を説明する。
図3は、走査ラインスキャナ54の内部構成を示すブロック図である。
走査ラインスキャナ54は、図3に示すように、リセット走査カウンタ54aと、リセット走査アドレスデコーダ54bと、読み出し走査カウンタ54cと、読み出し走査アドレスデコーダ54dとを含んで構成される。
Next, the internal configuration of the
FIG. 3 is a block diagram showing the internal configuration of the
As shown in FIG. 3, the
リセット走査カウンタ54aは、基準タイミング発生器50からの垂直同期信号、水平同期信号と、制御部15からの露光量信号に含まれる露光量(露光時間)の情報とに基づき、カウントアップ動作を繰り返す。ここで、リセット走査カウンタ54aのカウント値は、センサセルアレイ56の各画素のライン番号に対応している。また、露光量信号に含まれる露光時間T1〜T3の情報は、走査ラインスキャナ54の内部レジスタに書き込まれる。
カウント動作が実行されると、リセット走査カウンタ54aは、カウンタの初期値から、1ずつカウントアップし、各カウント値を、リセット走査アドレスデコーダ54bに出力する。
The
When the count operation is executed, the
また、カウント値は最小ライン番号及び最大ライン番号(例えば、センサセルアレイの受光領域の一番下及び一番上のラインの番号)の範囲をループするようになっている。例えば、最小ライン番号から1ずつカウントアップしていき、最大ライン番号に到達後に1つカウントアップすると、カウント値がリセットされて、最小ライン番号(例えば「1」)へと戻るようになっている。以下、読み出し走査カウンタ54cの各カウンタについても同様である。
The count value loops over the range of the minimum line number and the maximum line number (for example, the numbers of the bottom and top lines of the light receiving area of the sensor cell array). For example, the count value is incremented by 1 from the minimum line number, and when the count is incremented by 1 after reaching the maximum line number, the count value is reset to return to the minimum line number (for example, “1”). . The same applies to each counter of the
リセット走査アドレスデコーダ54bは、リセット走査カウンタ54aから出力されるライン番号のラインを、「リセットラインR」として選択且つ有効にするためのリセットライン選択信号を生成し、これをセンサセルアレイ56に出力する。これにより、選択ラインのみが有効となり、それ以外のラインが無効となる。
読み出し走査カウンタ54cは、露光時間T1〜T3にそれぞれ対応する3つのカウンタを有しており、各カウンタは、基準タイミング発生器50からの垂直同期信号、水平同期信号と、レジスタに書き込まれた露光時間T1〜T3の情報とに基づき、各露光時間に応じたタイミングで、リセット走査カウンタ54aと同様のカウントアップ動作を繰り返す。
The reset
The
具体的に、読み出し走査カウンタ54cの各カウンタは、リセットタイミングに対して、各露光時間に応じたカウント幅を空けてカウントアップを開始し、カウンタの初期値から順に、1ずつカウントアップし、各カウント値を、読み出し走査アドレスデコーダ54dに出力する。
読み出し走査アドレスデコーダ54dは、読み出し走査カウンタ54cの各カウンタから出力されるライン番号のラインを、「読み出しラインL1〜Ln」として選択且つ有効にするための読み出しライン選択信号を生成し、これをセンサセルアレイ56に出力する。これにより、選択ラインのみが有効となり、それ以外のラインが無効となる。
Specifically, each counter of the
The read
次に、図4及び図5に基づき、撮像素子10のHDRセンサの露光時間の制御方法、及びセンサセルアレイからの画素信号の読み出し方法について説明する。ここで、図4は、HDRセンサのセンサセルアレイにおける各画素のライン毎の露光及び画素信号の読み出し動作の一例を示す図である。また、図5は、蓄積電荷のリセットタイミングと、各露光時間の画素信号の読み出しタイミングとの一例を示す図である。
Next, a method for controlling the exposure time of the HDR sensor of the
ここで、本実施形態においては、センサセルアレイ56の露光領域(走査領域)に対して、露光時間T1の画素信号の非破壊読み出しを行う非破壊読み出しラインL1と、露光時間T2の画素信号の非破壊読み出しを行う非破壊読み出しラインL2とを設定する。更に、各画素のラインの蓄積電荷のリセット及び露光時間T3の画素信号の読み出しを行う読み出し&リセットラインL3&Rを設定する。なお、T1〜T3の関係は、図5に示すように、「T1<T2<T3」となっている。そして、リセットされてから、まずT1経過時に非破壊読み出しラインL1が設定される。次にT2経過時に非破壊読み出しラインL2が設定され、次にT3経過時に読み出し&リセットラインL3&Rが設定される。
Here, in the present embodiment, the non-destructive readout line L1 for performing non-destructive readout of the pixel signal at the exposure time T1 and the non-deletion of the pixel signal at the exposure time T2 with respect to the exposure region (scanning region) of the
具体的に、非破壊読み出しラインL1及びL2並びに読み出し&リセットラインL3&Rは、図4に示すように、露光領域における画素のラインに順次露光時間T3分の電荷が蓄積されると、読み出し&リセットラインL3&Rが各画素のラインの画素信号を順次読み出すと共に、その蓄積電荷を順次リセットするように設定される。一方、露光領域のリセット後の各画素のラインにおいては、露光時間T3分の電荷が蓄積される期間中、露光時間T1及び露光時間T2において各画素のラインの画素信号を非破壊で順次読み出すように非破壊読み出しラインL1及びL2がそれぞれ設定される。 Specifically, the non-destructive readout lines L1 and L2 and the readout & reset line L3 & R are, as shown in FIG. 4, when the charge for the exposure time T3 is sequentially accumulated in the pixel line in the exposure region, the readout & reset line. L3 & R is set so as to sequentially read out the pixel signals of the lines of the respective pixels and to sequentially reset the accumulated charges. On the other hand, in the line of each pixel after the resetting of the exposure area, the pixel signals of the line of each pixel are sequentially read in a non-destructive manner during the exposure time T1 and the exposure time T2 during the period in which charges for the exposure time T3 are accumulated. Non-destructive read lines L1 and L2 are set respectively.
例えば、露光領域の一番目のラインである第1ラインにおいて露光時間T3の画素信号S3の読み出し及びリセットが行われたとする。以降は、画素信号S3が第3ラインメモリから読み出される毎に、図4中のスキャン方向に1ラインずつ、読み出し&リセットラインL3&Rの走査が順次行われる。このとき、読み出し&リセットラインL3&Rが再び第1ラインに到達したときに、丁度、露光時間T3が経過するタイミングとなるように走査が行われる。このような手順で、センサセルアレイの露光領域の画素のラインに対して、各画素のライン毎に、露光時間T3で露光時の画素信号の読み出し及び蓄積電荷のリセットを順次行う。 For example, it is assumed that the pixel signal S3 of the exposure time T3 is read and reset on the first line that is the first line of the exposure region. Thereafter, every time the pixel signal S3 is read from the third line memory, scanning of the read & reset lines L3 & R is sequentially performed one line at a time in the scan direction in FIG. At this time, when the read & reset line L3 & R reaches the first line again, scanning is performed so that the exposure time T3 has just passed. In such a procedure, the pixel signal at the time of exposure and the reset of accumulated charge are sequentially performed for each pixel line for each pixel line in the exposure region of the sensor cell array at the exposure time T3.
一方、蓄積電荷がリセットされると、当該リセット後の画素のラインに対して、非破壊読み出しラインL1において露光時間T1の露光が行われた画素の画素信号S1の非破壊読み出しを行い、引き続き、非破壊読み出しラインL2において露光時間T2の露光が行われた画素の画素信号S2の非破壊読み出しを行う。このような手順で、センサセルアレイの各画素のラインに対して、ライン毎に、露光時間T1及び露光時間T2で露光時の画素信号S1及びS2の非破壊読み出しを順次行う。 On the other hand, when the accumulated charge is reset, non-destructive readout of the pixel signal S1 of the pixel that has been exposed for the exposure time T1 in the non-destructive readout line L1 is performed on the pixel line after the reset, In the nondestructive readout line L2, nondestructive readout of the pixel signal S2 of the pixel that has been exposed for the exposure time T2 is performed. In such a procedure, the pixel signals S1 and S2 at the time of exposure are sequentially read for each line of each pixel of the sensor cell array at the exposure time T1 and the exposure time T2.
なお、本実施の形態においては、図4に示すように、露光時間T1に対応する画素信号のデータ(アナログデータ)S1は、第1ラインメモリに読み出され、露光時間T2に対応する画素信号のデータ(アナログデータ)S2は、第2ラインメモリに読み出される。更に、露光時間T3に対応する画素信号のデータ(アナログデータ)S3は、第3ラインメモリに読み出される。そして、これら読み出された画素信号のデータS1〜S3(以下、画素データS1〜S3と称す)は、図4に示すように、それぞれ選択回路を経てADCにS1〜S3の順で順次出力されそこでデジタルデータに変換される。変換された各画素データS1〜S3は、変換された順に(S1〜S3の順に)、S1はメモリ11に、S2はメモリ12に、S3はメモリ13にそれぞれ出力される。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the pixel signal data (analog data) S1 corresponding to the exposure time T1 is read out to the first line memory and the pixel signal corresponding to the exposure time T2. The data (analog data) S2 is read to the second line memory. Further, pixel signal data (analog data) S3 corresponding to the exposure time T3 is read to the third line memory. Then, the read pixel signal data S1 to S3 (hereinafter referred to as pixel data S1 to S3) are sequentially output to the ADC in the order of S1 to S3 through the selection circuits as shown in FIG. There, it is converted into digital data. The converted pixel data S1 to S3 are output to the memory 11, S2 to the
次に、図6に基づき、制御部15における露光量の制御処理の流れを説明する。ここで、図6は、露光量の制御処理を示すフローチャートである。
制御部15において、露光量の制御処理が開始されると、図6に示すように、まず、ステップS100に移行する。
ステップS100では、制御部15において、最短露光時間Tmin及び最長露光時間Tmaxの初期値を設定して、ステップS102に移行する。初期値の設定は、操作部17を介してユーザが入力又は選択した値を用いても良いし、標準露光時間として予め設定されている初期値を用いてもよい。
Next, the flow of exposure amount control processing in the
When the control process of the exposure amount is started in the
In step S100, the
ステップS102では、制御部15において、ステップS100で設定された初期値を用いて、中間の露光量に対応する露光時間である露光時間Tmdを算出し、算出したTmdと、初期値として設定したTmin及びTmaxとに基づき露光比情報を生成する。そして、生成した露光比情報に基づき露光量信号を生成し、生成した露光比情報を画像合成部14に出力し、生成した露光量信号と各種制御信号とを撮像素子10に送信して、ステップS104に移行する。
In step S102, the
本実施形態では、露光量の種類をL1〜L3の3種類としたので、露光量L1に対応する最短露光時間TminはT1に、露光量L3に対応する最長露光時間TmaxはT3となる。そして、露光量L2に対応する中間露光時間TmidはT2となる。そして、制御部15は、下式(2)に従って、「T2/T1=T3/T2」となる中間露光時間T2を算出する。
T2=T1×(T3/T1)1/2 ・・・(2)
例えば、設定可能な最短露光時間Tminが1H、最長露光時間Tmaxが1000Hの場合は、T1=1H、T3=1000Hとして、上式(2)から「T2=1×(1000/1)1/2≒32」と算出できる。これにより、露光量比=露光時間比=「1:32:1000」が求まる。この場合は、HDR合成により拡張できるダイナミックレンジが「60[dB]」となる。
In this embodiment, since there are three types of exposure amounts L1 to L3, the shortest exposure time Tmin corresponding to the exposure amount L1 is T1, and the longest exposure time Tmax corresponding to the exposure amount L3 is T3. The intermediate exposure time Tmid corresponding to the exposure amount L2 is T2. Then, the
T2 = T1 × (T3 / T1) 1/2 (2)
For example, when the shortest exposure time Tmin that can be set is 1H and the longest exposure time Tmax is 1000H, T1 = 1H and T3 = 1000H, and from the above equation (2), “T2 = 1 × (1000/1) 1/2 ≈32 ”. Thereby, the exposure amount ratio = exposure time ratio = “1: 32: 1000” is obtained. In this case, the dynamic range that can be expanded by HDR synthesis is “60 [dB]”.
なお、センサセルアレイにおける1ラインの走査時間を水平同期信号の呼称であるHSYNCの頭文字を取り、1Hと表している。例えば、センサセルアレイの総ライン数500ラインに対して、フレームレートが30[fps]の場合は、1Hの期間は1/30秒を500ラインで除算した時間、つまり1/15000秒、換言すれば1/15ミリ秒(約67μ秒)となる。 Note that the scanning time for one line in the sensor cell array is abbreviated as HSYNC, which is the name of the horizontal synchronization signal, and is represented as 1H. For example, when the frame rate is 30 [fps] with respect to the total number of lines of the sensor cell array of 500 lines, the 1H period is the time obtained by dividing 1/30 seconds by 500 lines, that is, 1/15000 seconds, in other words. 1/15 milliseconds (about 67 microseconds).
ステップS104では、撮像素子10において、制御部15からの露光量信号及び各種制御信号に基づき、露光量L1〜L3(露光時間T1〜T3)で被写体を撮像する処理が実行される。そして、撮像により得られた画像データS1〜S3を、メモリ11〜13に順次出力して、ステップS106に移行する。
ステップS106では、画像合成部14において、メモリ11〜13から順次出力される画像データS1〜S3と、制御部15からの露光比情報(T1:T2:T3)とに基づき、HDR合成処理を実行して、ステップS108に移行する。
In step S <b> 104, in the
In step S106, the
ステップS108では、制御部15において、撮像素子10において撮像処理が終了したか否かを判定し、終了したと判定した場合(Yes)は、一連の処理を終了し、そうでない場合(No)は、ステップS110に移行する。
ステップS110に移行した場合は、制御部15において、画像合成部14のフレームメモリ14bからHDR合成処理によって生成されたHDR画像データを取得し、取得したHDR画像データから平均輝度値Lavを算出して、ステップS112に移行する。
In step S108, the
When the process proceeds to step S110, the
ステップS112では、制御部15において、ステップS110で算出した平均輝度値Lavと、予め設定された平均輝度値の高輝度側の閾値Lthとを比較し、LavがLthよりも大きいか否かを判定する。そして、LavがLthよりも大きいと判定した場合(Yes)は、ステップS114に移行し、そうでない場合(No)は、ステップS118に移行する。
ステップS114に移行した場合は、制御部15において、最短露光時間Tminを、予め設定された時間だけ減少して、ステップS116に移行する。つまり、撮像環境が比較的明るい状態であるので、白飛びしない画像を得るために最短露光時間Tminを減少する調整を行う。なお、減少する時間は、平均輝度に応じてその都度適切な値を算出するようにしてもよいし、平均輝度の大きさに対応する値をテーブルとして予め用意するようにしてもよい。
In step S112, the
When the process proceeds to step S114, the
ステップS116では、制御部15において、ステップS114で減少したTminと、初期設定時のTmaxとを用いて、中間露光時間Tmidを再計算し、再計算したTmdと、減少後のTmin及び初期設定時のTmaxとに基づき露光比情報を生成する。つまり、露光比情報として「T1:T2:T3=Tmin(減):Tmid(再):Tmax(初)」を生成する。なお、各露光時間の後ろに付した、(減)は減少調整後の、(再)は再計算後の、(初)は初期設定時の各露光時間であることを示す。更に、制御部15は、生成した露光比情報に基づき露光量信号を生成する。そして、生成した露光比情報を画像合成部14に出力し、生成した露光量信号と各種制御信号とを撮像素子10に送信して、ステップS104に移行する。
In step S116, the
一方、ステップS112において、LavがLth以下であってステップS118に移行した場合は、制御部15において、ステップS110で算出した平均輝度値Lavと、予め設定された平均輝度値の低輝度側の閾値Ltlとを比較する。更に、この比較結果に基づき、LavがLtlよりも小さいか否かを判定する。そして、LavがLtlよりも小さいと判定した場合(Yes)は、ステップS120に移行し、そうでない場合(No)は、ステップS124に移行する。
On the other hand, in step S112, when Lav is equal to or less than Lth and the process proceeds to step S118, the
ステップS120に移行した場合は、制御部15において、最長露光時間Tmaxを、予め設定された時間だけ増加して、ステップS122に移行する。つまり、撮像環境が比較的暗い状態であるので、黒つぶれしない画像を得るために最長露光時間Tmaxを増加する調整を行う。なお、増加する時間は、平均輝度に応じてその都度適切な値を算出するようにしてもよいし、平均輝度の大きさに対応する値をテーブルとして予め用意するようにしてもよい。
When the process proceeds to step S120, the
ステップS122では、制御部15において、ステップS120で増加したTmaxと初期設定時のTminとを用いて、中間露光時間Tmidを再計算し、再計算したTmidと、初期設定時のTmin及び増加後のTmaxとに基づき露光比情報を生成する。ここで、露光比情報は、「T1:T2:T3=Tmin(初):Tmid(再):Tmax(増)」となる。なお、露光時間Tmaxの後ろに付した(増)は増加調整後の露光時間であることを示す。更に、制御部15は、生成した露光比情報に基づき露光量信号を生成する。そして、生成した露光比情報を画像合成部14に出力し、生成した露光量信号と各種制御信号とを撮像素子10に送信して、ステップS104に移行する。
In step S122, the
また、ステップS118において、LavがLtl以上であってステップS124に移行した場合は、制御部15において、最短露光時間Tminと最長露光時間Tmaxとして通常露光時間を設定して、ステップS126に移行する。本実施形態では、通常露光時間として、初期設定時の露光時間を設定する。
ステップS126では、制御部15において、ステップS124で設定されたTmin及びTmaxを用いて、中間露光時間Tmidを再計算し、再計算したTmidと、初期設定時のTmin及び増加後のTmaxとに基づき露光比情報を生成する。ここで、露光比情報は、「T1:T2:T3=Tmin(初):Tmid(再):Tmax(初)」となる。更に、制御部15は、生成した露光比情報に基づき露光量信号を生成する。そして、生成した露光比情報を画像合成部14に出力し、生成した露光量信号と各種制御信号とを撮像素子10に送信して、ステップS104に移行する。
In step S118, if Lav is equal to or greater than Ltl and the process proceeds to step S124, the
In step S126, the
次に、図7に基づき、ステップS106におけるHDR合成処理の流れを説明する。ここで、図7は、画像合成部14におけるHDR合成処理を示すフローチャートである。
ステップS106において、HDR合成処理が開始されると、図7に示すように、まず、ステップS200に移行する。
ステップS200では、HDR信号処理部14aにおいて、撮像処理が開始されたか否かを判定する。そして、開始されたと判定した場合(Yes)は、各種制御信号を撮像素子10に送信して、ステップS202に移行し、そうでない場合(No)は、撮像処理が開始されるまで判定処理を繰り返す。
Next, the flow of the HDR synthesis process in step S106 will be described based on FIG. Here, FIG. 7 is a flowchart showing the HDR synthesizing process in the
When the HDR synthesizing process is started in step S106, first, the process proceeds to step S200 as shown in FIG.
In step S200, the HDR
ステップS202に移行した場合は、HDR信号処理部14aにおいて、メモリ11〜13から画素データS1〜S3を1ライン分取得して、ステップS204に移行する。
具体的に、HDR信号処理部14aは、メモリ11〜13に、同じ画素位置の1ライン分の画素データS1〜S3が格納されたタイミングで、該S1〜S3を取得する。
なお、本実施形態においては、画素データS1〜S3は、輝度の情報(輝度値)と、画素の位置情報(行及び列の位置情報)とを含むデータであることとする。また、画素データS1〜S3が位置情報を持たず、HDR信号処理部14aにおいて、水平同期信号及びピクセルクロックをカウントすることで、画素の位置情報を生成する構成としても良い。
When the process proceeds to step S202, the HDR
Specifically, the HDR
In the present embodiment, the pixel data S1 to S3 are data including luminance information (luminance value) and pixel position information (row and column position information). Further, the pixel data S1 to S3 may not have position information, and the HDR
また、HDR信号処理部14aは、プリプロセス部において、取得した画素データS1〜S3に対して、固定パターンノイズの除去処理、及びクランプ処理を施す。
ステップS204では、HDR信号処理部14aにおいて、画素データS3の輝度値と、予め設定された飽和判定用の輝度値とを比較する。そして、この比較結果から、S3が飽和しているか否かを判定し、飽和していると判定した場合(Yes)は、ステップS206に移行し、そうでない場合(No)は、ステップS212に移行する。
Also, the HDR
In step S204, the HDR
ステップS206に移行した場合は、HDR信号処理部14aにおいて、画素データS2の輝度値と、飽和判定用の輝度値とを比較する。そして、この比較結果から、S2が飽和しているか否かを判定し、飽和していると判定した場合(Yes)は、ステップS208に移行し、そうでない場合(No)は、ステップS210に移行する。
ステップS208に移行した場合は、HDR信号処理部14aにおいて、画素データS1(輝度値)に係数「T3/T1」を乗算して、HDR画素データの画素値HDRを算出して、ステップS214に移行する。
When the process proceeds to step S206, the HDR
When the process proceeds to step S208, the HDR
一方、ステップS210に移行した場合は、HDR信号処理部14aにおいて、画素データS2(輝度値)に係数「T3/T2」を乗算して、HDR画素データの画素値HDRを算出して、ステップS214に移行する。
また、ステップS204において、S3が飽和しておらずにステップS212に移行した場合は、HDR信号処理部14aにおいて、画素データS3を、HDR画素データの画素値HDRとして選択して、ステップS214に移行する。
On the other hand, when the process proceeds to step S210, the HDR
In step S204, when S3 is not saturated and the process proceeds to step S212, the HDR
ステップS214では、HDR信号処理部14aにおいて、メモリIF部を介して、HDR画素データをフレームメモリ14bに格納して、ステップS216に移行する。
ステップS216では、HDR信号処理部14aにおいて、1ライン分の画素データについて、HDR合成処理が全て終了したか否かを判定し、終了したと判定した場合(Yes)は、ステップS218に移行し、そうでない場合(No)は、ステップS222に移行する。
In step S214, the HDR
In step S216, in the HDR
ステップS218に移行した場合は、HDR信号処理部14aにおいて、1フレーム分の画素データについて、HDR合成処理が全て終了したか否かを判定する。そして、終了したと判定した場合(Yes)は、ステップS220に移行し、そうでない場合(No)は、ステップS202に移行する。
ステップS220に移行した場合は、HDR信号処理部14aにおいて、撮像が終了したか否かを判定し、終了したと判定した場合(Yes)は、一連の処理を終了し、そうでない場合(No)は、ステップS202に移行する。
また、ステップS216において、1ライン分のHDR合成処理が終了しておらずに、ステップS222に移行した場合は、HDR合成処理が未処理の次の画素データS1〜S3を選択して、ステップS204に移行する。
When the process proceeds to step S218, the HDR
When the process proceeds to step S220, the HDR
If the HDR composition processing for one line is not completed in step S216 and the process proceeds to step S222, the next pixel data S1 to S3 that have not been processed by the HDR composition processing are selected, and step S204 is performed. Migrate to
次に、図8〜図9に基づき、本実施形態の動作を説明する。
ここで、図8(a)〜(c)は、比率が均等となるように決定された露光時間T1〜T3における入射光に対する応答信号S1〜S3を示す図であり、(d)〜(f)は、(a)〜(c)の応答信号に対して係数を乗算した場合の図である。また、図8(g)は、図8(d)〜(f)の応答信号を合成した図である。また、図9は、図8(a)〜(c)における入射光の軸を対数で表した場合の図である。
Next, the operation of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
Here, FIGS. 8A to 8C are diagrams showing response signals S1 to S3 with respect to incident light at exposure times T1 to T3 determined so that the ratios are equal, and FIGS. () Is a diagram when the response signals of (a) to (c) are multiplied by a coefficient. FIG. 8G is a diagram in which the response signals of FIGS. 8D to 8F are synthesized. FIG. 9 is a diagram showing the incident light axis in FIGS. 8A to 8C in logarithm.
電源が投入されると、撮像装置1は、撮像処理が開始される前に、まず、制御部15において、露光比情報及び露光量信号を生成し、生成した露光比情報を画像合成部14に出力し、生成した露光量信号及び各種制御信号を撮像素子10に送信する。
具体的に、まず、操作部17を介したユーザからの指示によって、露光時間T1及びT3の初期値が設定される(ステップS100)。ここでは、初期値として、「T1=2H、T3=500H」が設定されたとする。
When the power is turned on, the
Specifically, first, initial values of the exposure times T1 and T3 are set by an instruction from the user via the operation unit 17 (step S100). Here, it is assumed that “T1 = 2H, T3 = 500H” is set as the initial value.
制御部15は、次に、上式(2)に従って、「T2/T1=T3/T2」の関係となる中間露光時間T2を算出する(ステップS102)。具体的に、「T1=2H、T3=500H」が設定されているので、制御部15において、「T2=2×(500/2)1/2≒2×15.8=31.6」が自動的に算出される。ここでは、四捨五入してT2を「32」に設定する。これにより、「T2/T1=32/2=16」、「T3/T2=500/32≒15.6」となり、比率が略均等になる露光比情報「「T1:T2:T3=2:32:500」を得ることができる。
Next, the
更に、制御部15は、露光比情報「T1:T2:T3=2:32:500」の情報を含む露光量信号を生成し、生成した露光比情報を画像合成部14に出力し、生成した露光量信号及び各種制御信号を撮像素子10に送信する。
これにより、撮像素子10のHDRセンサ14dのレジスタに、露光時間比「T1:T2:T3=2:32:500」の情報が書き込まれる。
引き続き、撮像素子10において、被写体の撮像が開始されると、被写体から反射された光は、レンズ10aで集光されてマイクロレンズ10bに入射される。レンズ10aからの入射光は、マイクロレンズ10bにおいて平行化されて、カラーフィルタアレイ10cを介してセンサセルアレイの各画素に入射される。
Further, the
Thereby, information of the exposure time ratio “T1: T2: T3 = 2: 32: 500” is written in the register of the HDR sensor 14d of the
Subsequently, when imaging of the subject is started in the
一方、撮像が開始されると(ステップS104)、HDRセンサ10dにおいて、開始ラインから順に1ラインずつリセットラインRが設定されて、各画素の蓄積電荷がリセットされる。引き続き、各走査ラインに対して、各画素のリセット後において露光時間T1の経過タイミングで非破壊読み出しラインL1が設定され、図8(a)に示すような光応答の画素信号S1が読み出される。引き続き、各走査ラインに対して、各画素のリセット後において露光時間T2の経過タイミングで非破壊読み出しラインL2が設定され、図8(b)に示すような光応答の画素信号S2が読み出される。引き続き、開始ラインから順に読み出し&リセットラインL3&Rが設定されて、走査されたラインの各画素から図8(c)に示すような光応答の画素信号S3が読み出され、その後、各画素の蓄積電荷がリセットされる。
On the other hand, when imaging is started (step S104), in the
上記のようにして、比率が略均等となる露光時間T1、T2、T3で撮像して得られる画素信号S1〜S3は、図9に示すように、入射光を対数で表したグラフにおいて略均等な間隔で並ぶ。
以降、撮像が行われている間は、上記の手順でL1〜L3&Rの設定、画素信号S1〜S3の読み出し及びリセット処理が繰り返し行われる。
このようにして読み出された画素信号S1〜S3は、ライン毎に、第1ラインメモリ〜第3ラインメモリにそれぞれ格納されライン単位で選択回路へと出力される。選択回路からは、S1〜S3の順でアナログの画素データS1〜S3がADCに出力される。ADCは、アナログの画素データS1〜S3を、デジタルの画素データS1〜S3に変換する。そして、ADCからは、ライン単位で且つ画素データS1〜S3の順で順次画素データが、メモリ11〜13へと出力される。
As described above, the pixel signals S1 to S3 obtained by imaging with the exposure times T1, T2, and T3 at which the ratios are substantially equal are substantially equal in a graph representing incident light in a logarithm as shown in FIG. Line up at regular intervals.
Thereafter, while the imaging is being performed, the setting of L1 to L3 & R, the reading of the pixel signals S1 to S3, and the reset process are repeatedly performed according to the above procedure.
The pixel signals S1 to S3 read out in this way are stored in the first line memory to the third line memory for each line and output to the selection circuit in line units. From the selection circuit, analog pixel data S1 to S3 are output to the ADC in the order of S1 to S3. The ADC converts the analog pixel data S1 to S3 into digital pixel data S1 to S3. Then, the ADC sequentially outputs pixel data to the memories 11 to 13 in units of lines and in the order of the pixel data S1 to S3.
一方、HDR信号処理部14aは、メモリ11、12、13に1ライン分の画素データS1、S2、S3がそれぞれ格納されると、HDR合成処理を開始する(ステップS106)。
HDR合成処理が開始されると(ステップS200の「Yes」の分岐)、HDR信号処理部14aは、メモリ11〜13から、1ライン分の画素データS1〜S3を取得する(ステップS202)。そして、プリプロセス部において、取得した画素データS1〜S3に対して、固定パターンノイズの除去処理、及びクランプ処理を施す。
On the other hand, when the pixel data S1, S2, and S3 for one line are stored in the
When the HDR synthesizing process is started (“Yes” branch of step S200), the HDR
次に、HDR信号処理部14aは、判定処理が未処理の同一画素位置の画素データS1〜S3を選択し、まず、選択したS3と、飽和判定用の輝度値Ssat(例えば、Ssat=250)とを比較する。ここで、選択した画素データS1〜S3の輝度値は、「S1=62、S2=224、S3=255」であるとする。この場合は、「S3(255)>Ssat(250)」となるので、S3は飽和していると判定される(ステップS204の「Yes」の分岐)。S3が飽和しているので、HDR信号処理部14aは、次に、S2とSsatとを比較する。「S2(224)<Ssat(250)」となるので、S2は飽和していないと判定する(ステップS206の「No」の分岐)。S2が飽和していないので、HDR信号処理部14aは、次に、S2を用いて、選択した画素位置のHDR画素データの値(HDR)を算出する。具体的に、図8(e)に示すように、撮像時の露光時間T3とT2とから係数「T3/T2」を求め、S2にこの係数を乗算することでHDRを算出する(ステップS210)。つまり、「HDR=224(S2)×500H(T3)/32H(T2)=3500」となる。
HDR信号処理部14aは、算出したHDR画素データの値(HDR)を、メモリIFを介して、フレームメモリ14bの各画素位置に対応するアドレスのメモリ領域に格納する(ステップS214)。
Next, the HDR
The HDR
また、選択した画素データS1〜S3が、「S1=62、S2=255、S3=255」である場合は、「S3(255)>Ssat(250)」となるので、S3は飽和していると判定される(ステップS204の「Yes」の分岐)。更に、「S2(255)>Ssat(250)」となるので、S2も飽和している判定される(ステップS206の「Yes」の分岐)。S3もS2も飽和しているため、HDR信号処理部14aは、次に、S1を用いて、選択した画素位置のHDR画素データの値(HDR)を算出する。具体的に、図8(d)に示すように、撮像時の露光時間T3とT1とから係数「T3/T1」を求め、S1にこの係数を乗算することでHDRを算出する(ステップS208)。つまり、「HDR=62(S1)×500H(T3)/2H(T1)=15500」となる。
HDR信号処理部14aは、算出したHDR画素データHDRを、メモリIFを介して、フレームメモリ14bの各画素位置に対応するアドレスのメモリ領域に格納する(ステップS214)。
When the selected pixel data S1 to S3 are “S1 = 62, S2 = 255, S3 = 255”, “S3 (255)> Ssat (250)”, and S3 is saturated. ("Yes" branch in step S204). Furthermore, since “S2 (255)> Ssat (250)”, it is determined that S2 is also saturated (“Yes” branch of step S206). Since both S3 and S2 are saturated, the HDR
The HDR
また、選択した画素データS1〜S3が、「S1=62、S2=124、S3=221」である場合は、「S3(221)<Ssat(250)」となるので、S3は飽和していないと判定される(ステップS204の「No」の分岐)。この場合は、図8(f)に示すように、HDR信号処理部14aは、S3の値をHDRとし、該HDRを、メモリIFを介して、フレームメモリ14bの各画素位置に対応するアドレスのメモリ領域に格納する(ステップS214)。
If the selected pixel data S1 to S3 is “S1 = 62, S2 = 124, S3 = 221”, “S3 (221) <Ssat (250)”, so S3 is not saturated. ("No" branch in step S204). In this case, as shown in FIG. 8 (f), the HDR
上記のようにしてHDRを算出することで、図8(g)に示す光応答のHDR画素データを算出することができる。なお、図8(d)〜(g)に示す、波線部分は、疑似輪郭や偽色の発生原因となるノイズ部分である。上記のように隣接する各2つの露光時間の比率を均等にして撮像処理を行い、これによって得た画素信号S1〜S3を用いて上記の合成方法で合成することによって、ノイズ部分の信号が合成処理に用いられるのを低減することができる。 By calculating the HDR as described above, it is possible to calculate the HDR pixel data of the optical response shown in FIG. In addition, the wavy line part shown to FIG.8 (d)-(g) is a noise part which becomes a cause of generation | occurrence | production of a pseudo contour or a false color. As described above, the image processing is performed with the ratio of each two adjacent exposure times being equalized, and the pixel signals S1 to S3 obtained thereby are combined by the above combining method, whereby the noise portion signal is combined. The amount used for processing can be reduced.
次に、HDR信号処理部14aは、未処理の次の画素データS1〜S3を選択し(ステップS216の「No」の分岐、ステップS222)、上記同様の処理を行う。そして、1ライン分の画素データS1〜S3に対して処理が終了すると(ステップS216の「Yes」の分岐)、次のラインの画素データS1〜S3を取得して、上記同様の処理を行う。更に、1フレーム分の処理が全て終了すると、次に、撮像処理が終了したか否かを判定し、撮像処理が継続していれば(ステップS220の「No」の分岐)、次のフレームの画素データに対して、上記一連の処理(ステップS202〜ステップS222)を実行し、撮像処理が終了した場合は(ステップS220の「Yes」の分岐)、一連の処理を終了する。
Next, the HDR
一方、撮像処理によって、1ライン分又は1フレーム分のHDR画素データが生成され、且つ撮像処理が継続している場合に(ステップS108の「No」の分岐)、制御部15は、1ライン分のHDR画素データ又は1フレーム分のHDR画素データを、フレームメモリ14bから取得する。そして、取得した画素データに基づき、撮像環境の明るさに係る統計情報として、1ライン分又は1フレーム分の平均輝度Lavを算出する(ステップS110)。平均輝度Lavが算出されると、制御部15は、Lavと、高輝度側の閾値Lthとを比較し、LavがLthより大きいか否かを判定する。ここでは、高輝度側の閾値Lthを「192」、低輝度側の閾値Ltlを「64」とする。
On the other hand, when HDR image data for one line or one frame is generated by the imaging process and the imaging process is continued ("No" branch in step S108), the
例えば、平均輝度Lavが「61」の場合は、Lav(61)はLth(192)よりも小さいので(ステップS112の「No」の分岐)、制御部15は、次に、LavとLtlとを比較し、LavがLtlよりも小さいか否かを判定する。ここでは、Lav(61)はLtl(64)よりも小さいので(ステップS118の「Yes」の分岐)、制御部15は、撮像環境が暗いと判断し、現在設定されている最長露光時間「Tmax(T3)=500H」を増加する調整を行う(ステップS120)。例えば、「T3=1000H」に増加したとする。これにより、略均等となっていた比率が崩れてしまうので、制御部15は、「T1=2H(初)、T3=1000H(増)」を、上式(2)に代入して、中間露光時間Tmid(T2)を再計算する。これにより、「T2=2×(1000/2)1/2≒45」が算出される。そして、新たな露光比情報として、「T1:T2:T3=2:45:1000」が生成され、この露光比情報に基づき、新たな露光情報信号が生成される。生成された露光比情報は画像合成部14に出力され、生成された露光情報信号は、各制御信号と共に撮像素子10に送信される。これにより、撮像素子10では、撮像環境の明るさに適した新たな露光比情報に基づいて撮像処理が行われる。
For example, when the average luminance Lav is “61”, since Lav (61) is smaller than Lth (192) (the “No” branch in Step S112), the
また、算出した平均輝度Lavが「221」であった場合は、Lav(221)はLth(192)よりも大きいので(ステップS112の「Yes」の分岐)、制御部15は、撮像環境が明るいと判断し、現在設定されている最短露光時間「Tmin(T1)=2H」を減少する調整を行う(ステップS114)。例えば、「T1=1H」に減少したとする。これにより、略均等となっていた比率が崩れてしまうので、制御部15は、「T1=1H(減)、T3=500H(初)」を、上式(2)に代入して、中間露光時間Tmid(T2)を再計算する。これにより、「T2=1×(500/1)1/2≒22」が算出される。そして、新たな露光比情報として、「T1:T2:T3=1:22:500」が生成され、この露光比情報に基づき、新たな露光情報信号が生成される。生成された露光比情報は画像合成部14に出力され、生成された露光情報信号は、各制御信号と共に撮像素子10に送信される。これにより、撮像素子10では、撮像環境の明るさに適した新たな露光比情報に基づいて撮像処理が行われる。
When the calculated average luminance Lav is “221”, since Lav (221) is larger than Lth (192) (“Yes” branch in step S112), the
以上説明したように、本実施形態の撮像装置1は、撮像素子10において、隣接する各2つの露光量の比率「L2/L1」及び「L3/L2」が均等「L2/L1=L3/L2」となる露光量L1〜L3に対応する露光時間T1〜T3で被写体を撮像することができる。
これによって、HDR合成処理で用いる画素データS1〜S3の露光量の比が常に一定となるため、暗部から明部に渡って、輝度が均等になり且つノイズの少ない合成画像を得ることができる。
As described above, in the
As a result, the ratio of the exposure amounts of the pixel data S1 to S3 used in the HDR synthesizing process is always constant, so that it is possible to obtain a synthesized image with uniform luminance and low noise from the dark part to the bright part.
更に、撮像環境の明るさに係る統計情報として、1ライン分又は1フレーム分のHDR画素データから平均輝度Lavを算出し、該Lavと高輝度側閾値Lth及び低輝度側閾値Ltlとを比較して、撮像環境の明るさの状態を判断することができる。
更に、撮像環境が明るいと判断された場合は、最短露光時間Tmin(T1)を減少させる調整を行い、撮像環境が暗いと判断された場合は、最長露光時間Tmax(T3)を増加させる調整を行うことができる。
Further, as the statistical information relating to the brightness of the imaging environment, the average luminance Lav is calculated from the HDR pixel data for one line or one frame, and the Lav is compared with the high luminance side threshold value Lth and the low luminance side threshold value Ltl. Thus, the brightness state of the imaging environment can be determined.
Further, when it is determined that the imaging environment is bright, adjustment is performed to decrease the shortest exposure time Tmin (T1), and when it is determined that the imaging environment is dark, adjustment is performed to increase the longest exposure time Tmax (T3). It can be carried out.
更に、調整後のT1及びT3並びに初期設定時のT1及びT3を用いて、上式(2)に従ってT2を再計算することで、露光時間の調整によって崩れた比率を均等に戻すことができる。
これによって、露光量比(露光時間比)を、撮像環境の明るさに適した露光量比に自動で調整することができる。
上記第1実施形態において、撮像素子10及び制御部15は、形態1又は2に記載の撮像手段に対応し、メモリ11〜13及び画像合成部14は、形態1に記載の合成手段に対応する。
また、上記第1実施形態において、ステップS100〜S104、S110〜S126は、形態8に記載の撮像ステップに対応し、ステップS106は、形態8に記載の合成ステップに対応する。
Furthermore, by using T1 and T3 after adjustment and T1 and T3 at the time of initial setting to recalculate T2 according to the above equation (2), the ratio collapsed by adjusting the exposure time can be returned uniformly.
Thus, the exposure amount ratio (exposure time ratio) can be automatically adjusted to an exposure amount ratio suitable for the brightness of the imaging environment.
In the first embodiment, the
In the first embodiment, steps S100 to S104 and S110 to S126 correspond to the imaging step described in Form 8, and Step S106 corresponds to the combining step described in Form 8.
〔第2実施形態〕
次に、本発明の第2実施形態を図面に基づき説明する。図10は、本発明に係る撮像装置、撮像方法及び電子機器の第2実施形態を示す図である。
本実施形態は、上記第1実施形態の撮像素子10における制御部15が、操作部17を介したユーザからの選択指示に応じて、複数種類の露光比情報の決定方法(モード)のうちからいずれか1つを選択し、選択した決定モードで露光比を決定(露光比情報を生成)する点が異なる。更に、最短露光時間T1、中間露光時間T2及び最長露光時間T3が、全て自然数となるように算出後の露光時間の比を調整する点も異なる。
[Second Embodiment]
Next, 2nd Embodiment of this invention is described based on drawing. FIG. 10 is a diagram illustrating a second embodiment of an imaging apparatus, an imaging method, and an electronic device according to the present invention.
In the present embodiment, the
従って、制御部15の処理内容が一部異なるのみで、他の構成部は、上記第1実施形態と同様となる。
以下、上記第1実施形態と異なる部分を詳細に説明し、同様の部分の説明を適宜省略する。
本実施形態の制御部15は、複数種類の露光比情報の決定モードを有している。そして、操作部17からの入力情報に基づきいずれか1つの決定モードを選択し、選択した決定モードで露光比情報を決定(生成)する機能を有している。本実施形態では、決定モードとして、レンジ優先モード、ノイズ低減モードのいずれか一方を選択することが可能となっている。
Therefore, only the processing contents of the
Hereinafter, parts different from those in the first embodiment will be described in detail, and description of similar parts will be omitted as appropriate.
The
具体的に、レンジ優先モードは、HDR合成により拡張できるダイナミックレンジを最大限に活かした露光比を決定するモードである。このモードが選択された場合は、レンジが最大となるT1及びT3が自動的に設定される。例えば、露光時間を1H〜1000Hの範囲で設定できる場合に、ダイナミックレンジが「60dB」であれば、T1=1H、T3=1000Hが自動的に設定される。T1及びT3が設定されると、上記第1実施形態の式(2)を用いて、T2を算出し露光比「T1:T2:T3」を決定する。 Specifically, the range priority mode is a mode for determining an exposure ratio that makes the best use of a dynamic range that can be expanded by HDR synthesis. When this mode is selected, T1 and T3 that maximize the range are automatically set. For example, when the exposure time can be set in the range of 1H to 1000H and the dynamic range is “60 dB”, T1 = 1H and T3 = 1000H are automatically set. When T1 and T3 are set, the exposure ratio “T1: T2: T3” is determined by calculating T2 using Expression (2) of the first embodiment.
また、ノイズ低減モードは、比率「T2/T1=T3/T2」が入力された上限値の範囲に収まるように、露光比を決定するモードである。つまり、ダイナミックレンジの幅を犠牲にして境界領域に発生するノイズを抑制する。本実施形態では、このモードが選択された場合は、比率の上限値と最短露光時間T1及び最長露光時間T3の入力をユーザに促し、操作部17を介して入力された上限値、T1及びT3に基づき、上式(2)を用いてT2を算出し露光比「T1:T2:T3」を決定する。
The noise reduction mode is a mode for determining the exposure ratio so that the ratio “T2 / T1 = T3 / T2” falls within the input upper limit range. That is, noise generated in the boundary region is suppressed at the expense of the width of the dynamic range. In this embodiment, when this mode is selected, the user is prompted to input the upper limit value of the ratio, the shortest exposure time T1, and the longest exposure time T3, and the upper limit values T1 and T3 input via the
更に、本実施形態の制御部15は、例えば、上式(2)によって算出した値が小数となるような場合に、その算出結果に基づき、露光比が全て自然数となるように調整を行う機能を有している。
例えば、ノイズ低減モードが選択され、比率上限値=16、T1=1、T3=250が入力されたとする。この場合に、上式(2)を適用すると、T2=1×(250/1)1/2≒15.8となり、T2が小数となってしまう。このような場合に、例えば、T2/T1=T3/T2=16(比率上限値)となるように、T1〜T3の値を調整する。例えば、T1=1、T2=16、T3=256に調整する。これにより、露光比が全て自然数且つこの場合は2の累乗で表せる数となる。
Further, the
For example, assume that the noise reduction mode is selected and ratio upper limit value = 16, T1 = 1, and T3 = 250 are input. In this case, when the above equation (2) is applied, T2 = 1 × (250/1) 1/2 ≈15.8, and T2 becomes a decimal. In such a case, for example, the values of T1 to T3 are adjusted such that T2 / T1 = T3 / T2 = 16 (ratio upper limit value). For example, T1 = 1, T2 = 16, and T3 = 256 are adjusted. As a result, the exposure ratios are all natural numbers, and in this case, numbers that can be expressed by powers of 2.
次に、図10に基づき、制御部15における露光比情報の生成処理の流れを説明する。ここで、図10は、制御部15における露光比情報生成処理を示すフローチャートである。
制御部15において、露光比情報生成処理が開始されると、図10に示すように、まず、ステップS300に移行する。
ステップS300では、制御部15において、操作部17を介したユーザの選択指示の入力に応じて、レンジ優先モードが選択されたか否かを判定する。そして、選択されたと判定した場合(Yes)は、ステップS302に移行し、そうでない場合(No)は、ステップS308に移行する。
Next, the flow of the exposure ratio information generation process in the
When the exposure ratio information generation process is started in the
In step S <b> 300, the
ステップS302に移行した場合は、制御部15において、最大レンジに応じて、最短露光時間Tmin及び最長露光時間Tmaxを設定して、ステップS304に移行する。
ステップS304では、制御部15において、ステップS302で設定されたTmin及びTmaxと、上式(2)とに基づき、中間露光時間Tmidを算出して、ステップS306に移行する。
ステップS306では、制御部15において、ステップS304の算出結果が小数になったか否かを判定し、小数になったと判定した場合(Yes)は、ステップS308に移行し、そうでない場合(No)は、ステップS310に移行する。
ステップS308に移行した場合は、制御部15において、ステップS304の算出結果に基づき、露光比が全て自然数となるように調整を行い、ステップS310に移行する。
When the process proceeds to step S302, the
In step S304, the
In step S306, the
When the process proceeds to step S308, the
また、ステップS310に移行した場合は、制御部15において、ステップS302で設定されたTmin及びTmax及びステップS304で算出したTmid、又はステップS308で調整後のTmin、Tmid及びTmaxに基づき、露光比情報を生成する。更に、生成した露光比情報に基づき露光量信号を生成する。そして、生成した露光比情報を画像合成部14に出力し、生成した露光量信号及び各種制御信号を撮像素子10に送信して、ステップS300に移行する。
When the process proceeds to step S310, the
一方、ステップS300において、レンジ優先モードが選択されずにステップS312に移行した場合は、制御部15において、ノイズ低減モードが選択されたか否かを判定する。そして、選択されたと判定した場合(Yes)は、比率上限値の入力を促すメッセージ等を不図示の液晶画面に表示して、ステップS314に移行し、そうでない場合(No)は、ステップS300に移行する。
On the other hand, when the range priority mode is not selected in step S300 and the process proceeds to step S312, the
ステップS314に移行した場合は、制御部15において、操作部17を介して、比率上限値が入力されたか否かを判定する。そして、入力されたと判定した場合(Yes)は、Tmin及びTmaxの入力を促すメッセージ等を不図示の液晶画面に表示して、ステップS316に移行し、そうでない場合(No)は、入力されるまで判定処理を繰り返す。
ステップS316に移行した場合は、制御部15において、ステップS314で入力された比率上限値と、HDR合成により拡張可能なダイナミックレンジとに基づき、Tmin及びTmaxを設定して、ステップS318に移行する。
When the process proceeds to step S314, the
When the process proceeds to step S316, the
ステップS318では、制御部15において、ステップS316で設定されたTmin及びTmaxと、上式(2)とに基づき、中間露光時間Tmidを算出して、ステップS320に移行する。
ステップS320では、制御部15において、ステップS318の算出結果が小数になったか否かを判定し、小数になったと判定した場合(Yes)は、ステップS322に移行し、そうでない場合(No)は、ステップS324に移行する。
ステップS322に移行した場合は、制御部15において、ステップS314の算出結果に基づき、露光比が全て自然数となるように調整を行い、ステップS324に移行する。
In step S318, the
In step S320, the
When the process proceeds to step S322, the
また、ステップS324に移行した場合は、制御部15において、ステップS316で入力されたTmin及びTmax及びステップS314で算出したTmid、又はステップS322で調整後のTmin、Tmid及びTmaxに基づき、露光比情報を生成する。更に、生成した露光比情報に基づき露光量信号を生成する。そして、生成した露光比情報を画像合成部14に出力し、生成した露光量信号及び各種制御信号を撮像素子10に送信して、ステップS300に移行する。
When the process proceeds to step S324, the exposure ratio information is based on the Tmin and Tmax input in step S316 and the Tmid calculated in step S314 in the
次に、本実施形態の動作を説明する。
電源が投入され、操作部17の操作に応じて初期設定モードに移行すると、撮像装置1は、決定モードの選択画面を不図示の液晶画面に表示する。ユーザは、画面案内に従って、操作部17を操作して、決定モードを選択する。
これにより、レンジ優先モードが選択されると(ステップS300の「Yes」の分岐)、制御部15は、撮像素子10から、そのダイナミックレンジの情報などを含む露光量の設定に係る情報を取得する。そして、取得した情報に基づき、最短露光時間Tminと最長露光時間Tmaxとを設定する(ステップS302)。ここでは、HDR合成により拡張可能なダイナミックレンジが60[dB]であり、最短が1H、最長が1000Hの露光時間が設定可能であるとする。
Next, the operation of this embodiment will be described.
When the power is turned on and the operation mode is changed to the initial setting mode according to the operation of the
Thereby, when the range priority mode is selected (“Yes” branch of step S300), the
制御部15は、レンジ優先モードが選択されたので、ダイナミックレンジの幅を優先して、最大のダイナミックレンジとなるTmin及びTmaxを設定する。ここでは、Tmin(T1)=1H、Tmax(T3)=1000Hが設定されたとする。
T1及びT3が設定されると、制御部15は、次に、上式(2)に従って、「T2/T1=T3/T2」の関係となる中間露光時間T2を算出する(ステップS304)。具体的に、「T1=1H、T3=1000H」が設定されているので、制御部15において、「T2=1×(1000/1)1/2≒31.6」が自動的に算出される。
ここで、「31.6」は小数となるため(ステップS306の「Yes」の分岐)、制御部15は、次に、露光比の調整を行う(ステップS308)。本実施形態では、露光比が2の累乗となるように優先して調整を行う。
Since the range priority mode is selected, the
When T1 and T3 are set, the
Here, since “31.6” is a decimal (the branch of “Yes” in Step S306), the
しかし、今回の場合は、2の累乗を優先して「T2/T1=T3/T2=32」としてしまうと、T3が1024Hと、最大値を超えるため、「T2/T1=T3/T2=31」となるように、T2及びT3を調整する。これにより、露光比情報として、「T1:T2:T3=1:31:961」が決定(生成)される。
更に、制御部15は、露光比情報「T1:T2:T3=1:31:961」を含む露光量信号を生成し、生成した露光比情報を画像合成部14に出力し、生成した露光量信号及び各種制御信号を撮像素子10に送信する(ステップS310)。
これにより、撮像素子10のHDRセンサ14dのレジスタに、露光時間比「T1:T2:T3=1:31:961」の情報が書き込まれる。
However, in this case, if the power of 2 is given priority and “T2 / T1 = T3 / T2 = 32”, T3 is 1024H, which exceeds the maximum value, so “T2 / T1 = T3 / T2 = 31”. T2 and T3 are adjusted so that As a result, “T1: T2: T3 = 1: 31: 961” is determined (generated) as the exposure ratio information.
Further, the
As a result, information of the exposure time ratio “T1: T2: T3 = 1: 31: 961” is written in the register of the HDR sensor 14d of the
一方、決定モードの選択画面において、ノイズ低減モードが選択されると(ステップS312の「Yes」の分岐)、制御部15は、不図示の液晶画面に、比率の上限値の入力を促す画面を表示する。この画面は、複数種類の上限値をユーザに選択させる画面でもよいし、ユーザが直接任意の値を入力する画面でもよい。そして、操作部17を介して、比率上限値が入力されると(ステップS314の「Yes」の分岐)、次に、入力された比率上限値を保持した最短露光時間Tmin及び最長露光時間Tmaxを設定する。ここでは、比率上限値=16が入力されたとする。
On the other hand, when the noise reduction mode is selected on the selection mode selection screen (“Yes” branch of step S312), the
具体的に、制御部15は、「T3/T1≦16」を保持できるT1及びT3を設定する。ここでは、T1=2H、T3=500Hが設定されたとする。
制御部15は、次に、設定されたT1及びT3と、上式(2)に基づき、中間露光時間T2を算出する(ステップS318)。
制御部15は、「T1=2H、T3=500H」が設定されているので、上式(2)に代入して、「T2=2×(500/2)1/2≒31.6」を算出する。
Specifically, the
Next, the
Since “T1 = 2H, T3 = 500H” is set in the
ここで、「31.6」は小数となるため(ステップS320の「Yes」の分岐)、制御部15は、次に、露光比の調整を行う(ステップS322)。本実施形態では、露光比が2の累乗となるように優先して調整を行う。ここでは、2の累乗を優先にして、制御部15は、T2=31.6Hを32Hへと調整すると共に、T3=500Hを512Hへと調整する。これにより、露光比情報として、「T1:T2:T3=2:32:512」が決定(生成)される。結果として、ダイナミックレンジは48[dB]となるが、センサセル自体の「S/N」が良くない場合などは、境界領域に発生するノイズを最大レンジにしたときよりも低減することができる。
Here, since “31.6” is a decimal (the branch of “Yes” in step S320), the
更に、制御部15は、露光比情報「T1:T2:T3=2:32:512」を含む露光量信号を生成し、生成した露光比情報を画像合成部14に出力し、生成した露光量信号及び各種制御信号を撮像素子10に送信する(ステップS324)。
これにより、撮像素子10のHDRセンサ14dのレジスタに、露光時間比「T1:T2:T3=2:32:512」の情報が書き込まれる。
以降の、撮像処理の動作については、上記第1実施形態と同様となるので記載を省略する。
Further, the
As a result, information of the exposure time ratio “T1: T2: T3 = 2: 32: 512” is written in the register of the HDR sensor 14d of the
Since the subsequent imaging processing operations are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
以上説明したように、本実施形態の撮像装置1は、露光比情報の決定方法として、レンジ優先モードと、ノイズ低減モードのいずれか一方を選択することができる。
そして、レンジ優先モードが選択された場合、制御部15は、ダイナミックレンジが最大となるように、比率「L2/L1」及び「L3/L2」が均等となる露光量L1〜L3に対応する露光時間比を決定する。また、ノイズ低減モードが選択された場合は、入力された比率上限値を越えない状態で、比率「L2/L1」及び「L3/L2」が均等となる露光量L1〜L3に対応する露光時間比を決定する。
これによって、レンジ優先モードでは、より幅広い階調によって表現された画像を得ることができ、ノイズ低減モードでは、ノイズのより低減された画質の画像を得ることができる。
As described above, the
When the range priority mode is selected, the
Thus, in the range priority mode, an image expressed with a wider gradation can be obtained, and in the noise reduction mode, an image with an image quality with reduced noise can be obtained.
また、制御部15は、中間露光時間T2の算出において、T2が小数となったときに、その算出結果に基づいて、露光時間比が全て自然数となるようにT1〜T3を調整することができる。このとき、露光時間比が優先して2の累乗になるように調整を行うことができる。
これにより、丸め誤差によるノイズの発生を抑えることができると共に、2の累乗とすることによって、乗算などをシフト演算によって行うことができるので、各処理部における回路構成を簡易にすることができる。
上記第2実施形態において、撮像素子10及び制御部15は、形態3に記載の撮像手段に対応し、メモリ11〜13及び画像合成部14は、形態1に記載の合成手段に対応する。
In addition, when the intermediate exposure time T2 is calculated, the
Thereby, generation of noise due to a rounding error can be suppressed, and multiplication or the like can be performed by a shift operation by setting the power to 2. Therefore, the circuit configuration in each processing unit can be simplified.
In the second embodiment, the
また、上記第2実施形態において、操作部17及び制御部15による、露光比情報の決定方法(モード)を選択する機能は、形態3に記載の選択手段に対応する。
また、上記第2実施形態において、制御部15における、選択した決定方法(レンジ優先モード又はノイズ低減モード)に基づき、露光比情報を決定する機能は、形態3に記載の露光量決定手段に対応する。
In the second embodiment, the function of selecting the exposure ratio information determination method (mode) by the
In the second embodiment, the function of determining the exposure ratio information based on the selected determination method (range priority mode or noise reduction mode) in the
また、上記第2実施形態において、制御部15における、露光比情報の決定方法を選択後に最短露光時間及び最長露光時間を設定する機能は、形態5に記載の露光量設定手段に対応する。
なお、上記各実施形態における、撮像装置1は、表示装置、メモリ装置等の不図示の他の装置と組み合わせて、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラなどの電子機器を構成することが可能である。
In the second embodiment, the function of setting the shortest exposure time and the longest exposure time after selecting the exposure ratio information determination method in the
Note that the
また、上記各実施形態において、比率が均等となる3種類以上の露光量を、露光時間を制御することで実現する構成としたが、この構成に限らず、撮像素子10の機能に応じて、例えば、アイリス(絞り)や、撮像感度などを制御して実現する構成としてもよい。
また、上記各実施形態において、いくつか例を挙げて、比率が均等になる3種類の露光量で撮像を行うための露光時間比を決定する方法を説明したが、上記実施形態で説明した方法に限らない。例えば、実際のセンサセルアレイ56のS/Nを調べて、このS/Nに基づき合成時の画像の連結部分にノイズが発生しないように設定する方法などを用いてもよい。
Further, in each of the above embodiments, the three or more types of exposure amounts with equal ratios are realized by controlling the exposure time, but not limited to this configuration, depending on the function of the
Further, in each of the above embodiments, the method for determining the exposure time ratio for performing imaging with three types of exposure amounts at which the ratio is uniform has been described with some examples, but the method described in the above embodiment Not limited to. For example, a method may be used in which the S / N of the actual
また、上記第2実施形態において、露光比情報の決定方法として、レンジ優先モードと、ノイズ低減モードの2つを例に挙げて説明したが、決定方法はこれらに限らない。
例えば、ユーザに、任意のダイナミックレンジ及び任意のT1〜T3のいずれか1つを設定させて、この設定情報に基づき、上式(2)を用いて、残り2つの露光時間を決定する方法などを用いてもよい。具体的に、任意のレンジが設定され、任意のT1が設定された場合は残りのT2及びT3を決定し、任意のT2が設定された場合は残りのT1及びT3を決定し、任意のT3が設定された場合は残りのT1及びT2を決定する。
In the second embodiment, the two methods, the range priority mode and the noise reduction mode, have been described as examples of the exposure ratio information determination method. However, the determination method is not limited to these.
For example, a method in which the user sets any one of any dynamic range and any T1 to T3, and determines the remaining two exposure times using the above equation (2) based on the setting information. May be used. Specifically, when an arbitrary range is set and an arbitrary T1 is set, the remaining T2 and T3 are determined. When an arbitrary T2 is set, the remaining T1 and T3 are determined, and an arbitrary T3 is determined. Is set, the remaining T1 and T2 are determined.
また、上記各実施形態において、上式(2)を用いて、中間露光時間T2を算出する構成としたが、この構成に限らない。例えば、予め上式(2)を用いて所定のT1及びT3に対するT2を算出してデータテーブル(LUT)を生成し、この生成したLUTを用いてT2を決定する構成としてもよい。
また、上記各実施形態において、撮像素子10のHDRセンサ10dが、CMOS技術を用いて構成されたセンサセルアレイ56を有する構成としたが、この構成に限らない。例えば、CCDから構成されるセンサセルアレイを有する構成など他の構成としてもよい。
In the above embodiments, the intermediate exposure time T2 is calculated using the above equation (2). However, the present invention is not limited to this configuration. For example, a configuration may be adopted in which T2 for predetermined T1 and T3 is calculated in advance using the above equation (2) to generate a data table (LUT), and T2 is determined using the generated LUT.
Further, in each of the above embodiments, the
また、上記各実施形態において、画像合成部14におけるHDR信号処理部14aにおいて、図7のフローチャートに示す合成方法を用いる構成としたが、この構成に限らず、他の合成方法を用いる構成としてもよい。
また、上記各実施形態は、本発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、上記の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの形態に限られるものではない。また、上記の説明で用いる図面は、図示の便宜上、部材ないし部分の縦横の縮尺は実際のものとは異なる模式図である。
また、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
Further, in each of the above embodiments, the HDR
Each of the above embodiments is a preferable specific example of the present invention, and various technically preferable limitations are given. However, the scope of the present invention is particularly limited in the above description. As long as there is no description, it is not restricted to these forms. In the drawings used in the above description, for convenience of illustration, the vertical and horizontal scales of members or parts are schematic views different from actual ones.
Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
1…撮像装置、10…撮像素子、10a…レンズ、10b…マイクロレンズ、10c…カラーフィルタアレイ、10d…HDRセンサ、11〜13…メモリ、14…画像合成部、14a…HDR信号処理部、14b…フレームメモリ、15…制御部、16…画像解析部、17…操作部、50…基準タイミング発生器、54…走査ラインスキャナ、54a…リセット走査カウンタ、54b…リセット走査アドレスデコーダ、54c…読み出し走査カウンタ、54d…読み出し走査アドレスデコーダ、56…センサセルアレイ、58…水平転送部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記撮像手段で撮像して得られる前記3種類以上の露光量の各露光量に対応する画素信号を前記比率に基づき合成する合成手段と、を備えることを特徴とする撮像装置。 Imaging means for imaging a subject with three or more types of exposure amounts in which the ratio of each two adjacent exposure amounts in ascending or descending order is equal;
An image pickup apparatus comprising: combining means for combining pixel signals corresponding to the exposure amounts of the three or more types of exposure amounts obtained by imaging with the image pickup means based on the ratio.
前記撮像手段は、隣接する各2つの露光量の比率「L2/L1、・・・、Ln/L(n−1)」が均等(L2/L1=・・・=Ln/L(n−1))となる露光時間T1、T2、・・・、Tn(T1<T2・・・<Tn)で前記被写体を撮像することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The three or more types of exposure amounts are L1, L2,..., Ln (n is a natural number of 3 or more and L1 <L2 <... <Ln),
In the image pickup means, the ratios “L2 / L1,..., Ln / L (n−1)” of two adjacent exposure amounts are equal (L2 / L1 =... = Ln / L (n−1). 2. The imaging apparatus according to claim 1, wherein the subject is imaged at exposure times T1, T2,..., Tn (T1 <T2... <Tn).
前記選択手段で選択された決定方法に基づき、前記3種類以上の露光量を決定する露光量決定手段と、を備え、
前記撮像手段は、前記露光量決定手段で決定された3種類以上の露光量で被写体を撮像することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の撮像装置。 Selecting means for selecting any one of the plurality of types of exposure amount determination methods for determining the three or more types of exposure amounts;
Exposure amount determination means for determining the three or more types of exposure amounts based on the determination method selected by the selection means,
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the imaging unit images a subject with three or more types of exposure amounts determined by the exposure amount determination unit.
前記露光量設定手段で設定された最大露光量及び最小露光量に基づき前記隣接する各2つの露光量の比率が均等となる中間の露光量を算出して前記3種類以上の露光量を決定する露光量決定手段と、を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の撮像装置。 Exposure amount setting means for setting a maximum exposure amount and a minimum exposure amount among the three or more types of exposure amounts;
Based on the maximum exposure amount and the minimum exposure amount set by the exposure amount setting means, an intermediate exposure amount in which the ratio between the two adjacent exposure amounts is equal is calculated to determine the three or more types of exposure amounts. The imaging apparatus according to claim 1, further comprising an exposure amount determining unit.
前記露光量決定手段は、下式(1)に従って、前記中間の露光量である露光量L2を算出することを特徴とする請求項4又は請求項5に記載の撮像装置。
L2=L1×(L3/L1)1/2 ・・・(1) When imaging a subject with three types of exposure amounts L1, L2 and L3 (L1 <L2 <L3),
The imaging apparatus according to claim 4, wherein the exposure amount determining unit calculates an exposure amount L2 that is the intermediate exposure amount according to the following expression (1).
L2 = L1 × (L3 / L1) 1/2 (1)
前記撮像ステップで撮像して得られた前記3種類以上の露光量の各露光量に対応する画素信号を前記比率に基づき合成する合成ステップと、を含むことを特徴とする撮像方法。 An imaging step of imaging the subject with three or more types of exposure amounts in which the ratio of each two adjacent exposure amounts in ascending or descending order is equal;
And a synthesis step of synthesizing pixel signals corresponding to each of the three or more exposure amounts obtained by imaging in the imaging step based on the ratio.
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